DE112019007911T5

DE112019007911T5 - Pump piston assembly for improved pump efficiency

Info

Publication number: DE112019007911T5
Application number: DE112019007911.5T
Authority: DE
Inventors: Donald J. Benson; Bela Doszpoly; Eric A. Benham; Ahmid M. Sabri; Richard E. Duncan
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2022-09-08
Also published as: US20220412297A1; US11719207B2; WO2021101566A1

Abstract

Ein Kolben ist für die Hin- und Herbewegung im Inneren des Zylinders einer Kraftstoffpumpe vorgesehen. Der Kolben besitzt ein proximales Ende und ein distales Ende. Das proximale Ende des Kolbens beinhaltet einen Hohlraum, der ein vertieftes Volumen innerhalb des Kolbens definiert. In dem Hohlraum ist ein Volumenfüller angeordnet, der durch ein Halteelement in dem Hohlraum festgehalten wird.A piston is provided for reciprocating movement inside the cylinder of a fuel pump. The plunger has a proximal end and a distal end. The proximal end of the plunger includes a cavity that defines a recessed volume within the plunger. A volume filler is arranged in the cavity and is held in place in the cavity by a holding element.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNGFIELD OF REVELATION

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Kraftstoffpumpen und im Besonderen eine Kolbenanordnung, die den Pumpenwirkungsgrad durch Verringerung von Kraftstoffleckagen verbessert.The present disclosure relates generally to fuel pumps, and more particularly to a piston assembly that improves pump efficiency by reducing fuel leakage.

STAND DER TECHNIK DER OFFENBARUNGPRIOR ART OF THE DISCLOSURE

In einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird der Kraftstoff in einer Pumpkammer durch die Hin- und Herbewegung eines Pumpenkolbens, der sich in einer Bohrung bewegt, unter Druck gesetzt. Daraus ergibt sich ein Pumpzyklus mit wechselndem Volumen der Pumpkammer. Während der Druckbeaufschlagung der Pumpenkammer kann ein Teil des Kraftstoffs zwischen dem Pumpenkolben und der Bohrung durch einen Ringspalt austreten, der zum Gleiten und Schmieren genutzt wird. Diese parasitäre Leckage kann den Wirkungsgrad der Pumpe beeinträchtigen. Daher besteht die Notwendigkeit, den Wirkungsgrad der Pumpe durch Minimieren des Anteils der parasitären Leckagen zu verbessern.In a high pressure fuel pump, fuel in a pumping chamber is pressurized by the reciprocation of a pump piston moving in a bore. This results in a pump cycle with a changing volume of the pump chamber. During pressurization of the pump chamber, some of the fuel can escape between the pump piston and the bore through an annular gap that is used for sliding and lubrication. This parasitic leakage can affect the efficiency of the pump. Therefore, there is a need to improve the efficiency of the pump by minimizing the amount of parasitic leakage.

KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNGSUMMARY OF THE DISCLOSURE

Gemäß einer Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung eine Kraftstoffpumpe vor, die einen Zylinder mit einer Bohrung und einen in der Bohrung beweglichen Kolben beinhaltet. Der Kolben besitzt ein proximales Ende und ein distales Ende. Das proximale Ende des Kolbens beinhaltet einen Hohlraum, der ein vertieftes Volumen innerhalb des Kolbens definiert. Ein Volumenfüller ist in dem Hohlraum angeordnet, wobei der Volumenfüller durch ein Halteelement in dem Hohlraum festgehalten wird.According to one embodiment, the present disclosure provides a fuel pump that includes a cylinder having a bore and a piston movable within the bore. The plunger has a proximal end and a distal end. The proximal end of the plunger includes a cavity that defines a recessed volume within the plunger. A bulking filler is placed in the cavity, the bulking filler being retained in the cavity by a retaining member.

In einem Aspekt grenzt das proximale Ende des Kolbens an eine Pumpkammer der Kraftstoffpumpe. In einem weiteren Aspekt ist der Volumenfüller konfiguriert, um einen Großteil des vertieften Volumens innerhalb des Kolbens zu füllen, der durch den Hohlraum definiert ist. In einem weiteren Aspekt beinhaltet der Hohlraum eine Bodenfläche, die eine Krümmung aufweist. Als solches beinhaltet der Volumenfüller ein erstes Ende, das eine Form aufweist, die im Wesentlichen der Krümmung der Bodenfläche des Hohlraums entspricht. Der Volumenfüller beinhaltet auch ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Der Volumenfüller wird innerhalb des Hohlraums durch das Halteelement am zweiten Ende festgehalten. DasHalteelement kann die Form eines Klemmrings haben. In einem weiteren Aspekt umfasst der Volumenfüller einen Durchgang, der sich entlang einer axialen Länge des Volumenfüllers erstreckt.In one aspect, the proximal end of the plunger abuts a pumping chamber of the fuel pump. In another aspect, the volume filler is configured to fill a majority of the depressed volume within the piston defined by the cavity. In another aspect, the cavity includes a bottom surface that has a curvature. As such, the volumetric filler includes a first end that has a shape that substantially conforms to the curvature of the bottom surface of the cavity. The bulking agent also includes a second end opposite the first end. The bulking agent is retained within the cavity by the retaining member at the second end. The retaining element may be in the form of a clamping ring. In another aspect, the volumetric filler includes a passageway extending along an axial length of the volumetric filler.

Gemäß einer anderen Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung einen Kolben zum Hin- und Herbewegen innerhalb eines Zylinders einer Kraftstoffpumpe vor. Der Kolben beinhaltet ein proximales Ende und ein distales Ende. Das proximale Ende des Kolbens weist einen Hohlraum auf, der ein vertieftes Volumen innerhalb des Kolbens definiert. Ein Volumenfüller ist in dem Hohlraum angeordnet, wobei der Volumenfüller durch ein Halteelement in dem Hohlraum festgehalten wird.According to another embodiment, the present disclosure provides a piston for reciprocating movement within a cylinder of a fuel pump. The plunger includes a proximal end and a distal end. The proximal end of the plunger has a cavity that defines a recessed volume within the plunger. A bulking filler is placed in the cavity, the bulking filler being retained in the cavity by a retaining member.

In einem Aspekt grenzt das proximale Ende des Kolbens an eine Pumpkammer der Kraftstoffpumpe. In einem weiteren Aspekt ist der Volumenfüller konfiguriert, um einen Großteil des vertieften Volumens innerhalb des Kolbens zu füllen, der durch den Hohlraum definiert ist. In einem weiteren Aspekt beinhaltet der Hohlraum eine Bodenfläche, die eine Krümmung aufweist. Als solches beinhaltet der Volumenfüller ein erstes Ende, das eine Form aufweist, die im Wesentlichen der Krümmung der Bodenfläche des Hohlraums entspricht. Der Volumenfüller beinhaltet auch ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Der Volumenfüller wird innerhalb des Hohlraums durch das Halteelement am zweiten Ende festgehalten. Das Halteelement kann die Form eines Klemmrings haben. In einem weiteren Aspekt umfasst der Volumenfüller einen Durchgang, der sich entlang einer axialen Länge des Volumenfüllers erstreckt.In one aspect, the proximal end of the plunger abuts a pumping chamber of the fuel pump. In another aspect, the volume filler is configured to fill a majority of the depressed volume within the piston defined by the cavity. In another aspect, the cavity includes a bottom surface that has a curvature. As such, the volumetric filler includes a first end that has a shape that substantially conforms to the curvature of the bottom surface of the cavity. The bulking agent also includes a second end opposite the first end. The bulking agent is retained within the cavity by the retaining member at the second end. The holding element can be in the form of a clamping ring. In another aspect, the volumetric filler includes a passageway extending along an axial length of the volumetric filler.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren in einer Kraftstoffpumpe vor, das das Anordnen eines Volumenfüllers in einem Hohlraum eines Kolbens beinhaltet. Der Hohlraum definiert ein vertieftes Volumen innerhalb des Kolbens an einem proximalen Ende des Kolbens. Das Verfahren beinhaltet auch das Festhalten des Volumenfüllers im Hohlraum durch ein Halteelement und das Hin- und Herbewegen des Kolbens in einer Bohrung eines Zylinders der Kraftstoffpumpe.In accordance with another embodiment, the present disclosure provides a method in a fuel pump that includes disposing a volumetric filler in a cavity of a piston. The cavity defines a recessed volume within the plunger at a proximal end of the plunger. The method also includes retaining the volumetric filler in the cavity with a retaining member and reciprocating the piston in a bore of a cylinder of the fuel pump.

In einem Aspekt beinhaltet das Verfahren das Verringern, durch ein gekrümmtes Ende des Volumenfüllers, von Spannungen, die auf den Kolben durch den Volumenfüller während der Hin- und Herbewegung des Kolbens induziert werden. Der Hohlraum beinhaltet auch eine gekrümmte Bodenfläche, die im Wesentlichen dem gekrümmten Ende des Volumenfüllers entspricht. In einem anderen Aspekt beinhaltet das Verfahren das Verringern, durch einen Durchgang in dem Volumenfüller, von druckinduzierten Kräften auf den Kolben durch den Volumenfüller während der Hin- und Herbewegung des Kolbens. Der Durchgang erstreckt sich entlang einer axialen Länge des Volumenfüllers. In einem weiteren Aspekt beinhaltet das Anordnen des Volumenfüllers im Hohlraum das vollständige Befüllen des vertieften Volumens innerhalb des Kolbens mit dem Volumenfüller.In one aspect, the method includes reducing, by a curved end of the volumetric filler, stresses induced on the piston by the volumetric filler during reciprocation of the piston. The cavity also includes a curved bottom surface that substantially conforms to the curved end of the volumetric filler. In another aspect, the method includes reducing, through a passage in the volumetric filler, pressure-induced forces on the piston through the volumetric filler during reciprocation of the piston. The passageway extends along an axial length of the volumetric filler. In another aspect, placing the volumetric filler in the cavity includes filling it completely of the recessed volume inside the flask with the volume filler.

Figurenlistecharacter list

Die oben genannten und andere Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung sowie die Art und Weise, wie sie verwirklicht werden können, werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher und die Erfindung selbst wird besser verstanden, wobei:

1 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffpumpe ist;
2-3 vergrößerte Querschnittsansichten eines Pumpenkolbens sind;
4 eine perspektivische Ansicht eines Halteelements für den Pumpenkolben ist,
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der vorhergesagten geometrischen Verformungen für den Pumpenkolben ist;
6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der vorhergesagten Druckverteilungen für den Pumpenkolben ist; und
7 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des Pumpenkolbens ist.

The above and other features and advantages of this disclosure, and the manner in which they may be realized, will become more apparent and the invention itself will be better understood by reference to the following description of embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings, wherein:

1 Fig. 12 is a cross-sectional view of a fuel pump;
2-3 are enlarged cross-sectional views of a pump plunger;
4 Fig. 14 is a perspective view of a pump plunger support member,
5 Figure 12 is a diagram illustrating predicted geometric deformations for the pump piston;
6 Figure 12 is a graph illustrating predicted pressure distributions for the pump piston; and
7 Figure 12 is a flow chart illustrating a method of operating the pump piston.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung wird nun auf die in den nachstehend beschriebenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen. Die hier offengelegten beispielhaften Ausführungsformen sollen nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung auf die genaue Form beschränken, die in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbart ist. Vielmehr wurden diese beispielhaften Ausführungsformen so gewählt und beschrieben, dass andere Fachleute ihre Erkenntnisse nutzen können.For a better understanding of the principles of the present disclosure, reference will now be made to the embodiments illustrated in the drawings described below. The exemplary embodiments disclosed herein are not intended to be exhaustive or to limit the disclosure to the precise form disclosed in the following detailed description. Rather, these example embodiments were chosen and described so that others skilled in the art may use the knowledge they possess.

Die Begriffe „koppelt“, „gekoppelt“ und Variationen davon beinhalten sowohl Anordnungen, bei denen zwei oder mehr Komponenten in direktem physischen Kontakt stehen, als auch Anordnungen, bei denen die zwei oder mehr Komponenten nicht in direktem Kontakt zueinander stehen (z. B. sind die Komponenten über mindestens eine dritte Komponente „gekoppelt“), aber dennoch zusammenarbeiten oder miteinander interagieren.The terms "coupled," "coupled," and variations thereof include both arrangements in which two or more components are in direct physical contact and arrangements in which the two or more components are not in direct physical contact (e.g., the components are "coupled" via at least one third component) but still work together or interact with each other.

In der gesamten vorliegenden Offenlegung und in den Ansprüchen werden numerische Bezeichnungen, wie z. B. „erste“ und „zweite“, in Bezug auf verschiedene Komponenten oder Merkmale verwendet. Eine solche Verwendung soll keine Reihenfolge der Komponenten oder Merkmale darstellen. Die numerische Terminologie dient vielmehr dazu, den Leser bei der Identifizierung der betreffenden Komponente oder Merkmale zu unterstützen, und sollte nicht im engeren Sinne als Vorgabe einer bestimmten Reihenfolge der Komponenten oder Merkmale verstanden werden.Throughout this disclosure and claims, numeric designations such as B. "first" and "second", used in relation to different components or characteristics. Such usage is not intended to represent an order of components or features. Rather, the numerical terminology is intended to assist the reader in identifying the particular component or feature involved and should not be construed as strictly implying a particular order of the components or features.

Die vorliegende Offenbarung sieht eine Kolbenbaugruppe für eine Kraftstoffpumpe vor, die arbeitet, um Kraftstoffleckagen zu minimieren und dadurch den Wirkungsgrad der Pumpe zu verbessern. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 100. Die Kraftstoffpumpe 100 kann verwendet werden, um das Pumpen von Kraftstoff in verschiedenen Anwendungsbereichen zu erleichtern, z. B. beim Pumpen von unter Druck stehendem Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor. Die Kraftstoffpumpe 100 hat die Form einer kreisförmigen Exzenterpumpe, doch können auch andere Pumpentypen in anderen Ausführungen in Betracht gezogen werden.The present disclosure provides a piston assembly for a fuel pump that operates to minimize fuel leakage and thereby improve pump efficiency. 1 12 shows a cross-sectional view of a high-pressure fuel pump 100. The fuel pump 100 can be used to facilitate pumping of fuel in various applications, e.g. B. when pumping pressurized fuel to an internal combustion engine. The fuel pump 100 is in the form of a circular eccentric pump, but other types of pumps in other configurations are contemplated.

Die Kraftstoffpumpe 100 umfasst einen Nocken 102, der konfiguriert ist, um sich in einem kreisförmigen Kanal eines Gehäuses (nicht gezeigt) auf exzentrische Weise zu drehen. Die Nocke 102 beinhaltet einen Nockenring 104, der konfiguriert ist, um die jeweiligen Kolben 106, 108 aufzunehmen oder mit ihnen gekoppelt zu sein.The fuel pump 100 includes a cam 102 configured to rotate in an eccentric manner in a circular channel of a housing (not shown). The cam 102 includes a cam ring 104 configured to receive or couple to the respective pistons 106,108.

Der Kolben 106 ist in einer Bohrung 110 eines Zylinders 112 angeordnet und für eine Hin- und Herbewegung darin konfiguriert. Der Kolben 106 kann im Wesentlichen, aber nicht vollständig in der Bohrung 110 angeordnet sein, so dass sich während der Hin- und Herbewegung mindestens ein Abschnitt des Kolbens 106 außerhalb der Bohrung 110 erstreckt. Während eines Pumpzyklus wird der Kraftstoff in einer Pumpkammer 114 unter Druck gesetzt, wenn sich der Kolben 106 von einer Niederdruckseite 116 zu einer Hochdruckseite 118 bewegt. Das heißt, eine Bewegung des Kolbens 106 zur Hochdruckseite 118 hin bewirkt eine Kompression des Kraftstoffs in der Pumpkammer 114. Diese Bewegung bringt den Kolben 106 in eine eingezogene Position. Andererseits bewirkt eine Bewegung des Kolbens 106 zur Niederdruckseite 116 hin (d. h. von der Hochdruckseite 118 weg), dass der Kraftstoff in die Pumpkammer 114 fließt (z. B. wenn der Druck im Einlasskreislauf den Druck in der Pumpkammer übersteigt und das Einlassventil geöffnet ist). Diese Bewegung bringt den Kolben 106 in eine ausgefahrene Position. Um den Zylinder 112 ist eine Pumpenfeder 120 angebracht. Der Kolben 106 wird teilweise durch die Pumpenfeder 1208 angetrieben, um sich in der Bohrung 110 hin- und herzubewegen, wodurch sich der Kolben 106 zwischen der eingefahrenen und der ausgefahrenen Position bewegt.The piston 106 is disposed in a bore 110 of a cylinder 112 and configured for reciprocating movement therein. The piston 106 may be disposed substantially, but not entirely, within the bore 110 such that at least a portion of the piston 106 extends outside of the bore 110 during reciprocation. During a pumping cycle, fuel in a pumping chamber 114 is pressurized as the piston 106 moves from a low pressure side 116 to a high pressure side 118 . That is, movement of the piston 106 toward the high pressure side 118 causes compression of the fuel in the pumping chamber 114. This movement places the piston 106 in a retracted position. On the other hand, movement of the piston 106 toward the low-pressure side 116 (i.e., away from the high-pressure side 118) causes fuel to flow into the pumping chamber 114 (e.g., when the pressure in the inlet circuit exceeds the pressure in the pumping chamber and the inlet valve is open). . This movement brings the piston 106 into an extended position. A pump spring 120 is mounted around the cylinder 112 . Piston 106 is driven in part by pump spring 1208 to reciprocate within bore 110, thereby the piston 106 moves between the retracted and extended positions.

Der Kraftstoff gelangt über einen Einlass 122 in die Pumpkammer 114 und tritt über einen Auslass 124 aus. Der Einlass 122 wird durch ein Einlassventil 126 gesteuert, wohingegen der Auslass 124 durch ein Auslassventil 128 gesteuert wird. In verschiedenen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile 126, 128 beliebige geeignete aktive oder passive Rückschlagventile sein. In 1 ist der Auslass 124 radial zur Pumpkammer 114 angeordnet. In anderen Ausführungsformen können der Einlass 122 und der Auslass 124 unterschiedlich angeordnet sein, z. B. parallel oder leicht abgewinkelt.The fuel enters the pumping chamber 114 via an inlet 122 and exits via an outlet 124 . The inlet 122 is controlled by an inlet valve 126 while the outlet 124 is controlled by an outlet valve 128 . In various embodiments, the intake and exhaust valves 126, 128 may be any suitable active or passive check valve. In 1 the outlet 124 is arranged radially to the pump chamber 114 . In other embodiments, the inlet 122 and the outlet 124 may be arranged differently, e.g. B. parallel or slightly angled.

Kolben 108 funktioniert ähnlich wie Kolben 106. Das heißt, der Kolben 108 ist in einer Bohrung 130 eines Zylinders 132 angeordnet und für eine Hin- und Herbewegung darin konfiguriert. Die Bewegung des Kolbens 108 in der Bohrung 132 bewirkt, dass der Kraftstoff in einer Pumpkammer 134 unter Druck gesetzt wird, wobei der Kraftstoff über einen Einlass 136 bzw. einen Auslass 138 in die Pumpkammer 134 eintritt bzw. aus ihr austritt. Im Betrieb bewirkt die Umdrehung der Nocke 102 eine wiederholte Hin- und Herbewegung der Kolben 106, 108. Es ist zu beachten, dass in 1 der Kolben 106 in der eingezogenen Stellung und der Kolben 108 in der ausgefahrenen Stellung gezeigt ist.Piston 108 functions similarly to piston 106. That is, piston 108 is disposed in bore 130 of cylinder 132 and is configured for reciprocating movement therein. Movement of the piston 108 in the bore 132 causes fuel in a pumping chamber 134 to be pressurized, with the fuel entering and exiting the pumping chamber 134 via an inlet 136 and an outlet 138, respectively. In operation, rotation of the cam 102 causes the pistons 106, 108 to reciprocate repeatedly. It should be noted that in FIG 1 piston 106 is shown in the retracted position and piston 108 is shown in the extended position.

2 und 3 zeigen vergrößerte Querschnittsansichten eines Kolbens 200, der ähnlich dem Kolben 106 in 1 sein kann. Der Kolben 200 beinhaltet ein proximales Ende 202 und ein distales Ende 204. Das proximale Ende 202 grenzt an eine Pumpkammer 205. Das distale Ende 204 beinhaltet einen Kolbenfuß 206 mit einem Federsitz 208. Eine Pumpenfeder 209 ist über den Federsitz 208 mit dem Kolben 200 gekoppelt. Das proximale Ende 202 beinhaltet einen Hohlraum 210, der ein vertieftes Volumen innerhalb des Kolbens 200 definiert. 2 and 3 12 show enlarged cross-sectional views of a piston 200 similar to piston 106 in FIG 1 can be. Plunger 200 includes a proximal end 202 and a distal end 204. Proximal end 202 defines a pumping chamber 205. Distal end 204 includes a plunger base 206 having a spring seat 208. A pump spring 209 is coupled to plunger 200 via spring seat 208 . Proximal end 202 includes a cavity 210 that defines a recessed volume within piston 200 .

Der Hohlraum 210 ist durch eine Umfangswand 212 und eine Bodenfläche 214 begrenzt. Der Zweck des Hohlraums 210 besteht in der Minimierung von parasitären Leckagen, die auftreten, wenn Kraftstoff durch einen Ringspalt oder einen Zwischenraum 216 zwischen dem Kolben 200 und einer Bohrung 217 entweicht. Insbesondere wenn sich der Kolben 200 der Pumpkammer 205 nähert, steigt der Druck an und bewirkt, dass sich die Umfangswand 212 radial nach außen ausdehnt, um den Ringspalt 216 zumindest teilweise zu schließen. Dies wiederum verringert die Menge des austretenden Kraftstoffs zwischen Kolben 200 und Bohrung 217.The cavity 210 is defined by a peripheral wall 212 and a bottom surface 214 . The purpose of cavity 210 is to minimize parasitic leakage that occurs when fuel escapes through an annular gap or clearance 216 between piston 200 and bore 217 . In particular, as the piston 200 approaches the pumping chamber 205, the pressure increases and causes the peripheral wall 212 to expand radially outward to at least partially close the annular gap 216. This in turn reduces the amount of fuel leaking between piston 200 and bore 217.

Die Bodenfläche 214 des Hohlraums 210 weist eine Krümmung auf, die dazu beiträgt, die Spannungskonzentrationen auf den Kolben 200 zu verringern. Die Krümmung dient auch zur Verbesserung der Haltbarkeit des Kolbens 200, wodurch der Kolben 200 bei höheren Druckgrenzen betrieben werden kann. Die Krümmung kann einen einzigen großen Radius haben oder aus mehreren kleineren Radien bestehen, die einen größeren Radius bilden, wie in 3 gezeigt. Die Tiefe oder Länge des Hohlraums 210 ist abhängig von der Länge des Zylinders 218. Idealerweise ist die Länge des Hohlraums 210 derart, dass sie die axiale Bewegungsfreiheit des Kolbens 200 bei vollem Hub nicht beeinträchtigt.The bottom surface 214 of the cavity 210 has a curvature that helps reduce stress concentrations on the piston 200 . The curvature also serves to improve the durability of the piston 200, allowing the piston 200 to operate at higher pressure limits. The curvature can have a single large radius, or it can consist of several smaller radii forming a larger radius, as in 3 shown. The depth or length of cavity 210 is dependent on the length of cylinder 218. Ideally, the length of cavity 210 is such that it does not interfere with the axial freedom of movement of piston 200 at full stroke.

Ein Volumenfüller 219 befindet sich im Hohlraum 210 und ist konfiguriert, um das vertiefte Volumen im Kolben 200 zu füllen. Beispielsweise, um einen Großteil des vertieften Volumens zu füllen (z. B. 95 %). Der Volumenfüller 219 besitzt ein erstes Ende 220 und ein zweites Ende 222. Das erste Ende 220 hat eine vorstehende gekrümmte Form, die im Allgemeinen oder im Wesentlichen der Krümmung der Bodenfläche 214 entspricht. Das zweite Ende 222 liegt dem ersten Ende 220 gegenüber und entspricht dem proximalen Ende 202 des Kolbens 200. Der Volumenfüller 219 kann aus jedem geeigneten Metall hergestellt sein, aber es können auch andere Materialien wie Keramik oder Polymer verwendet werden.A volume filler 219 is located in cavity 210 and is configured to fill the recessed volume in piston 200 . For example, to fill a large part of the recessed volume (e.g. 95%). The bulking agent 219 has a first end 220 and a second end 222. The first end 220 has a projecting curved shape that generally or substantially matches the curvature of the bottom surface 214. The second end 222 is opposite the first end 220 and corresponds to the proximal end 202 of the piston 200. The volume filler 219 can be made of any suitable metal, but other materials such as ceramic or polymer can also be used.

Der Volumenfüller 219 wird innerhalb des Hohlraums 210 durch ein Halteelement 224 am zweiten Ende 222 gesichert oder festgehalten. Das zweite Ende 222 weist eine Nut 226 auf, die das Halteelement 224 hält. Das Halteelement 224 in der Nut 226 drückt gegen die Innenfläche der Umfangswand 212 an der Nut, um den Volumenfüller 219 an Ort und Stelle zu sichern. Auf diese Weise schränkt das Halteelement 224 jede Bewegung des Volumenfüllers 219 im Hohlraum 210 ein. Dank dem Halteelement 224 kann der Volumenfüller 219 auch unabhängig von der Kolbenausrichtung verwendet werden. Wäre beispielsweise der Kolben 200 in einer auf dem Kopf stehenden Ausrichtung angeordnet, wie dies der Kolben 108 in 1 zeigt, dann könnte sich der Volumenfüller 219 ohne Halteelement 224 frei bewegen und würde nicht aufgrund der Schwerkraft im Hohlraum 210 verbleiben.The volume filler 219 is secured or retained within the cavity 210 by a retaining member 224 at the second end 222 . The second end 222 has a groove 226 that holds the retaining member 224 . The retainer 224 in the groove 226 bears against the inner surface of the peripheral wall 212 at the groove to secure the volumetric filler 219 in place. In this way, the retaining element 224 restricts any movement of the volumetric filler 219 in the cavity 210 . Thanks to the holding element 224, the volume filler 219 can also be used independently of the piston orientation. For example, if piston 200 were placed in an inverted orientation, as is piston 108 in 1 shows, then the volumetric filler 219 could move freely without the retaining element 224 and would not remain in the cavity 210 due to gravity.

Vorzugsweise sollte das Halteelement 224 so wirken, dass es den Volumenfüller 219 axial hält, ohne dabei übermäßige Kräfte aufzubringen, die zu einer radialen Verformung des Außendurchmessers des Kolbens 200 entlang des ringförmigen Zwischenraums 216 zwischen Kolben 200 und Bohrung 217 führen würden. Ferner sollte jeder Zwischenraum zwischen der Außenfläche des Volumenfüllers 219 und der Innenfläche der Umfangswand 212 so gering wie möglich sein. Daher ist es vorteilhaft, die Abmessungen so zu wählen, dass es keine radialen Störungen gibt, die den Ringspalt 216 zwischen dem Kolben 200 und der Bohrung 217 beeinträchtigen würden.Preferably, retaining member 224 should act to axially retain volumetric filler 219 without applying excessive forces that would result in radial deformation of the outer diameter of piston 200 along annular gap 216 between piston 200 and bore 217 . Furthermore, any clearance between the outer surface of the bulking filler 219 and the inner surface of the peripheral wall 212 should be as small as possible. Therefore, it is advantageous that To choose dimensions so that there are no radial disturbances that would affect the annular gap 216 between the piston 200 and the bore 217.

Der Volumenfüller 219 kann auch einen Durchgang 228 beinhalten, der sich entlang einer axialen Länge des Volumenfüllers 219 erstreckt. Der Durchgang 228 stellt einen Strömungsdurchgang dar, der dazu dient, den Druckunterschied zwischen den beiden Enden (z. B. 220, 222) des Volumenfüllers 219 zu minimieren. Dies verringert wiederum den Druck, der durch die axialen Kräfte entsteht, die durch den Volumenfüller 219 auf den Kolben 200 wirken. Der Durchgang 228 befindet sich ungefähr in der Mitte des Volumenfüllers 219. Das Volumen des Durchgangs 228 wird minimiert, während es dem Durchgang 228 ermöglicht wird, als Mittel zum Begrenzen des Druckunterschieds zwischen den beiden Enden des Kolbens 200 zu dienen. Diese Position trägt dazu bei, jegliche Nettokraft, die der Durchgang 228 auf das Halteelement 224 ausüben kann, zu minimieren.The volumetric filler 219 may also include a passageway 228 that extends along an axial length of the volumetric filler 219 . The passage 228 represents a flow passage that serves to minimize the pressure differential between the two ends (e.g., 220, 222) of the volumetric filler 219. This in turn reduces the pressure created by the axial forces acting on the piston 200 through the volume filler 219 . The passage 228 is located approximately in the center of the volumetric filler 219. The volume of the passage 228 is minimized while allowing the passage 228 to serve as a means of limiting the pressure difference between the two ends of the piston 200. This position helps minimize any net force that passageway 228 may exert on support member 224 .

4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Halteelements 400. Das Halteelement 400 kann eine Ausführungsform des Halters 224 sein. Das Halteelement 400 ist in diesem Beispiel als C-förmiger Klemmring ausgebildet. Bei der Montage des Kolbens 200 wird der Volumenfüller 219 in den Hohlraum 210 eingesetzt. Der Klemmring 400 wird dann in der Nut 226 radial verformt. Wenn der Klemmring 400 den erforderlichen axialen Abstand in Übereinstimmung mit der Nut 226 passiert, wird die radiale Kraft auf den Klemmring 400 aufgehoben, damit sich der Klemmring 400 elastisch in seinen unverformten Zustand ausdehnen kann. Der Klemmring 400 verbleibt in der Nut 226, da der Außendurchmesser des Klemmrings 400 größer ist als der Innendurchmesser der peripheren Wand 212. 4 zeigt eine Klemmringhalterung, es sind jedoch auch andere geeignete Halterungsmechanismen in anderen Ausführungsformen möglich. 4 12 shows a perspective view of a holding element 400. The holding element 400 can be an embodiment of the holder 224. FIG. In this example, the holding element 400 is designed as a C-shaped clamping ring. When the piston 200 is assembled, the volume filler 219 is inserted into the cavity 210 . The clamping ring 400 is then radially deformed in the groove 226 . When the collet 400 passes the required axial clearance in registry with the groove 226, the radial force on the collet 400 is released to allow the collet 400 to elastically expand to its undeformed state. The collet 400 remains in the groove 226 because the outside diameter of the collet 400 is larger than the inside diameter of the peripheral wall 212. 4 Figure 12 shows a collet retainer, but other suitable retainer mechanisms are possible in other embodiments.

5 und 6 zeigen Diagramme zur Veranschaulichung der analytisch vorhergesagten geometrischen Verformungen und Druckverteilungen des Kolbens 200. In 5 sind verschiedene Kurven zu sehen, darunter: (i) eine Kurve 502, die das anfängliche, nicht ausgelenkte Radialspiel zwischen dem Kolben 200 und der Bohrung 217 (oder dem Zylinder 218) zeigt, (ii) eine Kurve 504, die die radiale Auslenkung des Außendurchmessers des Kolbens 200 zeigt, (iii) eine Kurve 506, die die radiale Auslenkung der Bohrung 217 beinhaltet, und (iv) eine Kurve 508, die das resultierende Radialspiel zwischen dem Kolben 200 und der Bohrung 217 zeigt, das die Auslenkung des Kolbens und des Zylinders beinhaltet. 5 and 6 show diagrams to illustrate the analytically predicted geometric deformations and pressure distributions of the piston 200. In 5 Various curves can be seen including: (i) a curve 502 showing the initial, undeflected radial clearance between the piston 200 and the bore 217 (or cylinder 218), (ii) a curve 504 showing the radial deflection of the outside diameter of piston 200, (iii) a curve 506 containing the radial displacement of bore 217, and (iv) a curve 508 containing the resultant radial clearance between piston 200 and bore 217 containing displacement of the piston and of the cylinder includes.

Die parasitäre Leckrate wird im Vergleich zu einer Standard-Pumpenkonfiguration hauptsächlich dadurch verringert, dass sich der Kolben aufgrund des Druckunterschieds zwischen den hohen Druckwerten, die auf die Innenfläche des Hohlraums im Kolben wirken, und den niedrigeren Druckwerten, die auf die Außenfläche des Kolbens wirken, radial nach außen verformt. Bei dem in 5 gezeigten Betriebszustand tritt die maximale radiale Auslenkung des Kolbens nach außen in der Nähe von 4,5 mm entlang der Länge des Ringspalts zwischen Kolben und Zylinder auf.The parasitic leak rate is reduced compared to a standard pump configuration mainly because the piston moves due to the pressure differential between the high pressures acting on the inner surface of the cavity in the piston and the lower pressures acting on the outer surface of the piston. deformed radially outwards. At the in 5 In the operating condition shown, the maximum radial outward deflection of the piston occurs in the vicinity of 4.5mm along the length of the annular gap between the piston and cylinder.

In 6 zeigt eine Kurve 602 die Druckverteilungen entlang der jährlichen Spaltlänge von Kolben/Zylinder. Durch die Verringerung des ausgelenkten Radialspiels in der Nähe des Bereichs, in dem die maximale radiale Auslenkung des Kolbens nach außen auftritt, kommt es zu einem erheblichen Druckabfall. Dieses verringerte Radialspiel verringert die parasitäre Leckagerate erheblich, wodurch der Wirkungsgrad der Pumpe verbessert wird.In 6 a curve 602 shows the pressure distributions along the annual gap length of the piston/cylinder. By reducing the deflected radial clearance near the area where the maximum radial outward deflection of the piston occurs, there is a significant pressure drop. This reduced radial clearance significantly reduces the parasitic leakage rate, improving pump efficiency.

7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren 700 in einer Kraftstoffpumpe (z. B. 100). In Block 702 wird ein Kolben (z. B. 106, 200) montiert, indem ein Volumenfüller (z. B. 219) in einem Hohlraum (z. B. 210) des Kolbens angeordnet wird. Der Hohlraum definiert ein vertieftes Volumen innerhalb des Kolbens an einem proximalen Ende des Kolbens. Der angeordnete Volumenfüller füllt das vertiefte Volumen im Kolben vollständig aus. In Block 704 wird der Volumenfüller durch ein Halteelement (z. B. 224) in der Kavität festgehalten. Das Halteelement kann die Form eines Klemmrings haben. In Block 706 wird der montierte Kolben in der Kraftstoffpumpe betrieben, indem der Kolben innerhalb einer Bohrung eines Zylinders der Kraftstoffpumpe hin- und herbewegt wird. 7 7 shows a flowchart for a method 700 in a fuel pump (eg, 100). At block 702, a piston (e.g., 106, 200) is assembled by placing a volume filler (e.g., 219) in a cavity (e.g., 210) of the piston. The cavity defines a recessed volume within the plunger at a proximal end of the plunger. The arranged volume filler completely fills the depressed volume in the flask. In block 704, the bulking agent is held in place in the cavity by a holding member (e.g., 224). The holding element can be in the form of a clamping ring. At block 706, the assembled piston in the fuel pump is operated by reciprocating the piston within a bore of a cylinder of the fuel pump.

Der Volumenfüller kann ein gekrümmtes Ende haben, das dazu dient, die Spannungen zu verringern, die während der Hin- und Herbewegung des Kolbens durch den Volumenfüller auf den Kolben ausgeübt werden. So hat der Hohlraum eine gekrümmte Bodenfläche, die im Allgemeinen oder im Wesentlichen dem gekrümmten Ende des Volumenfüllers entspricht. Der Volumenfüller kann auch einen Durchgang haben, der dazu dient, die axialen Kräfte zu verringern, die während der Hin- und Herbewegung des Kolbens durch den Volumenfüller auf den Kolben ausgeübt werden. Der Durchgang erstreckt sich entlang einer axialen Länge des Volumenfüllers.The volumetric filler may have a curved end which serves to reduce the stresses placed on the piston by the volumetric filler during reciprocation of the piston. Thus, the cavity has a curved bottom surface that conforms generally or substantially to the curved end of the volumetric filler. The volumetric filler may also have a passage which serves to reduce the axial forces exerted on the piston by the volumetric filler during reciprocation of the piston. The passageway extends along an axial length of the volumetric filler.

Obwohl diese Erfindung als beispielhafte Konstruktionen aufweisend beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung innerhalb des Geistes und Umfangs dieser Offenbarung weiter modifiziert werden. Diese Anmeldung soll daher alle Variationen, Verwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen Prinzipien abdecken. Ferner soll diese Anmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, wie sie im Stand der Technik, zu dem diese Erfindung gehört, bekannt oder üblich sind und die in die Grenzen der beigefügten Ansprüche fallen.While this invention has been described as having exemplary constructions, the present invention may be further modified within the spirit and scope of this disclosure. This application should therefore all Varia cover any operation, use, or adaptation of the invention using its general principles. Furthermore, this application is intended to cover such departures from the present disclosure as are known or customary in the art to which this invention pertains and which fall within the limits of the appended claims.

Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen Figuren gezeigten Verbindungslinien beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es sei darauf hingewiesen, dass in einem praktischen System viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physische Verbindungen vorhanden sein können. Der Nutzen, die Vorteile, die Problemlösungen und alle Elemente, die dazu führen können, dass ein Nutzen, ein Vorteil oder eine Lösung eintritt oder stärker ausgeprägt ist, sind jedoch nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Elemente zu verstehen. Der Umfang soll daher durch nichts anderes als die beigefügten Ansprüche begrenzt werden, wobei die Bezugnahme auf ein Element in der Einzahl nicht „ein und nur ein“ bedeutet, es sei denn, dies wird ausdrücklich angegeben, sondern „ein oder mehrere“.Additionally, the connecting lines shown in the various figures are intended to represent example functional relationships and/or physical couplings between the various elements. It should be noted that many alternative or additional functional relationships or physical connections may exist in a practical system. However, the benefit, advantages, problem solutions, and any element that may cause a benefit, advantage, or solution to occur or become more pronounced are not to be construed as critical, required, or essential characteristics or elements. The scope is therefore not to be limited by anything other than the appended claims, wherein reference to an element in the singular does not mean "one and only one" unless expressly stated, but means "one or more".

Außerdem soll eine Formulierung wie „A, B und/oder C“ in den Ansprüchen so ausgelegt werden, dass A allein in einer Ausführungsform vorhanden sein kann, B allein in einer Ausführungsform vorhanden sein kann, C allein in einer Ausführungsform vorhanden sein kann oder dass eine beliebige Kombination der Elemente A, B oder C in einer einzigen Ausführungsform vorhanden sein kann, z. B. A und B, A und C, B und C, oder A und B und C.In addition, phrases such as "A, B, and/or C" in the claims should be construed to mean that A may be present alone in an embodiment, B may be present alone in an embodiment, C may be present alone in an embodiment, or that any combination of elements A, B or C may be present in a single embodiment, e.g. B. A and B, A and C, B and C, or A and B and C.

Systeme, Verfahren und Vorrichtungen werden hier bereitgestellt. In der detaillierten Beschreibung hierin geben Verweise auf „eine einzige Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“, „ein Ausführungsbeispiel“ usw. an, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft beinhalten kann, aber nicht jede Ausführungsform muss notwendigerweise das besondere Merkmal, die besondere Struktur oder Eigenschaft beinhalten. Darüber hinaus beziehen sich solche Sätze nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Wenn ferner ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, so liegt es im Wissen eines Fachmanns, dieses Merkmal, diese Struktur oder diese Eigenschaft mit den Vorteilen dieser Offenbarung in Verbindung mit anderen Ausführungsformen zu beeinflussen, unabhängig davon, ob sie ausdrücklich beschrieben sind oder nicht. Nach dem Lesen der Beschreibung wird einer fachkundigen Person klar sein, wie die Offenbarung in alternativen Ausführungsformen implementiert werden kann.Systems, methods, and devices are provided herein. In the Detailed Description herein, references to "a single embodiment," "one embodiment," "one working example," etc. indicate that the described embodiment may, but not every embodiment, include a particular feature, structure, or characteristic necessarily involve the particular feature, structure or property. Furthermore, such sentences do not necessarily refer to the same embodiment. Furthermore, when a particular feature, structure, or characteristic is described in connection with one embodiment, it is within the knowledge of one skilled in the art to affect that feature, structure, or characteristic with the advantages of this disclosure in connection with other embodiments, regardless of whether they are expressly described or not. After reading the description, a person skilled in the art will understand how the disclosure can be implemented in alternative embodiments.

Darüber hinaus soll kein Element, keine Komponente und kein Verfahrensschritt in der vorliegenden Offenbarung der Öffentlichkeit gewidmet sein, unabhängig davon, ob das Element, die Komponente oder der Verfahrensschritt in den Ansprüchen ausdrücklich erwähnt wird. Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder andere Variationen davon eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente enthält, sondern auch andere Elemente enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Prozess, Verfahren, Artikel oder einer Vorrichtung gehören.Furthermore, no element, component, or method step in the present disclosure is intended to be dedicated to the public, regardless of whether the element, component, or method step is expressly recited in the claims. As used herein, the terms "comprises," "comprising," or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion such that a process, method, article, or device that includes a list of items does not include only those items , but may also contain other elements not expressly listed or pertinent to such a process, procedure, article or apparatus.

Claims

Fuel pump comprising: a cylinder including a bore; a plunger moveable within the bore, the plunger having a proximal end and a distal end, the proximal end including a cavity defining a recessed volume within the plunger; and a volumetric filler disposed in the cavity, the volumetric filler being retained in the cavity by a retaining member.

fuel pump after claim 1 , wherein the proximal end is adjacent to a pumping chamber of the fuel pump.

fuel pump after claim 1 wherein the volume filler is configured to fill a majority of the depressed volume within the piston defined by the cavity.

fuel pump after claim 1 , wherein the cavity includes a bottom surface with a curvature.

fuel pump after claim 4 wherein the volumetric filler includes a first end having a shape substantially corresponding to the curvature of the bottom surface of the cavity.

fuel pump after claim 5 wherein the bulking agent includes a second end opposite the first end, the retaining member capturing the bulking agent within the cavity at the second end.

fuel pump after claim 6 , wherein the retaining element is a clamping ring.

fuel pump after claim 1 , wherein the volumetric filler includes a passageway extending along an axial length of the volumetric filler.

Flask comprising: a proximal end and a distal end, the proximal end having a lumen defining a recessed volume within the piston; and a volume filler arranged in the cavity, the volume filler being retained in the cavity by a retaining element, wherein the piston is configured to reciprocate within a cylinder of a fuel pump.

piston after claim 9 , wherein the proximal end is adjacent to a pumping chamber of the fuel pump.

piston after claim 9 wherein the volume filler is configured to fill a majority of the depressed volume within the piston defined by the cavity.

piston after claim 9 , wherein the cavity includes a bottom surface with a curvature.

piston after claim 12 wherein the volumetric filler includes a first end having a shape substantially corresponding to the curvature of the bottom surface of the cavity.

piston after Claim 13 wherein the bulking agent includes a second end opposite the first end, the retaining member capturing the bulking agent within the cavity at the second end.

piston after Claim 14 , wherein the retaining element is a clamping ring.

piston after claim 9 , wherein the volumetric filler includes a passageway extending along an axial length of the volumetric filler.

Method in a fuel pump, comprising: placing a volume filler in a cavity of a plunger, the cavity defining a recessed volume within the plunger at a proximal end of the plunger; retaining the volumetric filler in the cavity by a retaining element; and Reciprocating the piston within a bore of a cylinder of the fuel pump.

procedure after Claim 17 , further comprising reducing, by a curved end of the volumetric filler, stresses induced on the piston by the volumetric filler during reciprocation of the piston, wherein the cavity includes a curved bottom surface substantially corresponding to the curved end of the volumetric filler is equivalent to.

procedure after Claim 17 , further comprising reducing, through a passageway in the volumetric filler, pressure-induced forces on the piston by the volumetric filler during reciprocation of the piston, the passageway extending along an axial length of the volumetric filler.

procedure after Claim 17 wherein placing the volumetric filler in the cavity includes completely filling the recessed volume within the piston with the volumetric filler.